礦井通風與安全課程設計中國礦業(yè)大學.學院礦井通風與安全課程設計小組成員： 設計題目 新莊孜礦90萬t/a新井通風設計班級 指導教師 成績 日 期 目錄1礦井設計概況11.1礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征11.2井田開拓11.3巷道布置與采煤方法22礦井通風系統(tǒng)擬定42.1礦井通風系統(tǒng)基本要求42.2礦井通風方式的選擇42.3礦井通風方案技術(shù)和經(jīng)濟比較62.4通風機的工作方法73采區(qū)通風93.1采區(qū)上山通風系統(tǒng)93.2回采工作面通風方式94掘進通風124.1掘進方法的確定124.2掘進工作面通風方式124.3煤巷掘進工作面需風量134.4掘進通風設備選型155礦井風量計算與分配185.1礦井總風量的計算185.2礦井風量分配216礦井通風阻力計算236.1礦井通風阻力計算原則236.2礦井通風容易時期和困難時期的確定236.3礦井通風阻力計算237礦井通風設備選型317.1選擇主要通風機317.2電動機選型337.3礦井主要通風設備要求357.4通風附屬裝置及其安全技術(shù)357.5特殊災害的防治措施368礦井通風費用概算388.1噸煤通風費388.2通風設備的折舊費和維修費398.3通風員工工資費用398.4專為通風服務的井巷工程折舊費和維護費398.5噸煤通風成本399結(jié)論40參考文獻411礦井設計概況1.1礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征1）礦區(qū)概述新莊孜礦位于安徽省淮南市八公山東麓，南與謝一礦相接，北與孔李公司為鄰。地處東經(jīng)1164938北緯323541，行政區(qū)劃屬淮南市八公山區(qū)。井內(nèi)的氣象參數(shù)按表1所列的平均值選取。表1.1 空氣平均密度一覽表季節(jié) 地點進風井筒（kg/m3）出風井筒（kg/m3）冬1.261.22夏1.201.252）井田地質(zhì)特征新莊孜井田東以第勘探線與李一礦井田毗鄰，西以第勘探線及人定境界與新莊孜相接，北部至勘探線間以八公山背斜軸、至勘探線，南至3-1煤層-650m底板等高線地面投影線，東西走向長約6.47.4km，平均7.2km；傾斜寬：最大約2.7km，最小2.54km，平均2.6km。井田的水平面積約18.72km2。3）煤層特征本井田第三含煤組平均總厚4.75m，含煤2余層；其中可采煤層3-1煤層，平均可采總厚4.25m，含煤系數(shù)為9.01%。具體參見圖1 綜合地質(zhì)柱狀圖。具體參見圖1 綜合地質(zhì)柱狀圖。本礦井達產(chǎn)時相對瓦斯涌出量為12.7m3/t。礦井東翼在開采3-1煤層時，其絕對瓦斯涌出量最大達到108.17m3/min，最大相對瓦斯涌出量為18.3m3/t，礦井瓦斯等級應定為高瓦斯礦井。煤層自燃傾向性等級鑒定為三級。依據(jù)礦井防滅火規(guī)范，礦井自燃危險等級劃歸為二級自燃礦井。1.2井田開拓1）井田境界及儲量礦井地質(zhì)資源量：31煤79.01（Mt），礦井工業(yè)儲量81.45（Mt）， 礦井可采儲量68.17（Mt），本礦井設計生產(chǎn)能力為90萬t/年。工業(yè)廣場的尺寸為315m400m的長方形，工業(yè)廣場的煤柱量為5.7(Mt)。2）礦井工作制度、設計生產(chǎn)能力及服務年限本礦井年工作日330天，每天凈提升時間16小時。每天三班作業(yè)，其中兩班采煤，一班檢修，每班工作時間8小時。本礦井的設計生產(chǎn)能力為90萬噸/年,礦井服務年限為57年。 圖1.1 地質(zhì)綜合柱狀圖3）井田開拓工業(yè)廣場應布置在井田儲量中央處，大致在井田走向中央，傾向略微偏下位置，主副井均位于工業(yè)廣場內(nèi)。風井井筒布置在井田外。礦井為立井單水平開采，所以將大巷布置在煤層底板下方20m處的砂巖中。主要開拓巷道如運輸大巷，軌道大巷均布置在底板砂巖中。煤炭由采煤工作面采區(qū)運輸上山采區(qū)煤倉膠帶運輸大巷井底煤倉主井提升到地面；材料自井底車場軌道運輸大巷采區(qū)下部車場采區(qū)軌道上山區(qū)段回風平巷工作面。1.3巷道布置與采煤方法1）采區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)首采的東翼采區(qū)走向長度為36504500m。西翼采區(qū)走向長度為23002700m。首采的東翼采區(qū)上山階段斜長為1130m，下山階段為1080m，為保證合理的工作面長度，故上山階段區(qū)段長度確定為150m左右，下山階段為170m左右，區(qū)段數(shù)目為上山6個，下山6個。在同一采區(qū)內(nèi)，先采上層，后采下層；沿傾斜方向，由上向下開采。本設計只布置一個采煤工作面達產(chǎn)，工作面的接替順序為：在上山兩翼進行左右跳采接替。設計首采區(qū)（西二帶區(qū)）位于井田南部，接近井底車場；由井底車場至大巷120 m處。根據(jù)西二帶區(qū)煤層地質(zhì)情況，本設計采用帶區(qū)準備方式。西二帶區(qū)走向長平均2357.8 m，傾向長平均1940.5 m。帶區(qū)內(nèi)劃分為11個傾斜分帶，分帶平均長1757.6 m。首采帶區(qū)工作面長度取150 m；兩斜巷設計均為矩形斷面，其中運煤斜巷寬為5 m，高為3.2 m；回風斜巷寬5m，高3 .2m。2）采煤方法主采煤層選用綜采開采工藝，走向長壁綜采一次采全高采煤法。工作面的推進方向確定為后退式。根據(jù)工作面的關(guān)鍵參數(shù)選用：選用DZ40型液壓支柱、選用MGTY750/1715-3.3D型雙滾筒采煤機、SGEC-830/500型刮板運輸機。采煤機截深0.8m，采用采煤機雙向割煤，追機作業(yè)；前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤；在工作面端頭斜切進刀，上行下行均割煤，往返一次進兩刀；采煤機過后先移架后推移刮板輸送機。3）回采巷道布置回采巷道采用一般的U型布置方式，即一條區(qū)段運輸平巷和一條區(qū)段回風平巷。4）部分井巷特征參數(shù)表1.2 部分井巷特征參數(shù)（其他井巷參數(shù)自行設計、計算或在相關(guān)圖紙上提取）井巷名稱長度(m)斷面（m2）周長（m）副井井筒33.1720.41井底車場2018.8軌道運輸大巷1817.9軌道上山1816區(qū)段運輸平巷16.016采煤工作面17.2117.9區(qū)段回風平巷16.016回風石門2017.3風井26.4215.7運輸大巷、石門12.8017.792礦井通風系統(tǒng)擬定2.1礦井通風系統(tǒng)基本要求選擇任何通風系統(tǒng)，都要符合投產(chǎn)快、出煤較多、安全可靠、技術(shù)經(jīng)濟指標合理等原則。具體地說，要適應以下基本要求：（1）礦井至少要有兩個通地面的安全出口；（2）進風井口要有利于防洪、不受粉塵有害集體的污染；（3）北方礦井，井口需裝供暖設備；（4）總回風巷不得作為主要行人道；（5）工業(yè)廣場不得受扇風機的噪音干擾；（6）裝有皮帶機的井筒不得兼作回風井；（7）裝有箕斗的井筒不得兼作為主要進風井；（8）可以獨立通風的礦井，采區(qū)盡可能獨立通風；（9）通風系統(tǒng)要為防瓦斯、火、塵、水及高溫創(chuàng)造條件；（10）通風系統(tǒng)要有利于深水平式或后期通風系統(tǒng)的發(fā)展變化。2.2礦井通風方式的選擇1)選擇通風方案的考慮因素選擇任何通風方式都需要符合投產(chǎn)快、出煤較多、安全可靠和技術(shù)經(jīng)濟合理等原則。選擇礦井通風方式時，應該考慮以下兩種因素：（1）自然因素：煤層賦存條件、埋藏深度、沖擊層深度、礦井瓦斯等級。（2）經(jīng)濟因素：井巷工程量、通風運行費、設備裝備費。2）礦井通風方案礦井通風方式根據(jù)回風井的位置的不同，可分為中央并列式、中央分列式、兩翼對角式、采區(qū)式和混合式通風中選擇，以下為前四種方案的示意圖。方案一：中央并列式風井主副井都位于中央工業(yè)廣場上，副井進風，風井回風，如圖2.1。圖2.1 中央并列式通風方式1-主井，2-副井，3-運輸大巷，4-回風大巷，5-回風石門方案二：中央分列式兩回風井位于井田邊界的兩翼，副井進風、風井回風，如圖2.2。圖2.2 中央分列式通風方式1-主井，2-副井，3-運輸大巷，4-回風大巷，5-回風石門方案3：兩翼對角式進風井位于井田中央，回風井設在井田兩翼的上部邊界，如圖2.3。圖2.3 兩翼對角式通風方式1-主井，2-副井，3-運輸大巷，4-回風大巷，5-回風石門方案4：采區(qū)式通風方式每一個分區(qū)內(nèi)均設置進風井和回風井，構(gòu)成獨立的通風系統(tǒng)，如圖2.4。圖2.4 采區(qū)式通風方式1-主井，2-副井，3-運輸大巷，4-回風石門3)礦井通風方式的選擇下面對幾種通風方式的特點及優(yōu)缺點及適用條件列表進行比較，見表2.1。表2.1 通風方式的比較通風方式優(yōu)點缺點適用條件中央并列式初期投資少，工業(yè)場地布置集中，管理方便，工業(yè)場地保護煤柱小，保護井筒的煤柱較少，構(gòu)成礦井通風系統(tǒng)的時間短。風路較長，風阻較大，采空區(qū)漏風較大。煤層傾角大、埋藏深，但走向長度并不大，而且瓦斯、自燃發(fā)火都不嚴重。中央分列式通風阻力較小，內(nèi)部漏風小，增加了一個安全出口，工業(yè)場的保護煤柱小，保護井筒的煤柱較少，構(gòu)成礦井通風系統(tǒng)的時間短。建井期限略長，有時初期投資稍大。煤層傾角較小，埋藏較淺，走向長度不大，而且瓦斯、自然發(fā)火比較嚴重。兩翼對角式風路較短，阻力較小，采空區(qū)的漏風較小，比中央并列式安全性更好。建井期限略長，有時初期投資稍大。煤層走向較大（超過4Km），井型較大，煤層上部都距地表較淺，瓦斯和自燃發(fā)火嚴重的礦井。采區(qū)式通風方式通風線路短、幾個分區(qū)域可以同時施工的優(yōu)點外，更有利于處理礦井事故運送人員設備也方便。工業(yè)場地分散、占地面積大、井筒保護煤柱較多。井田面積較大，局部瓦斯含量大，采區(qū)離工業(yè)場地較遠。2.3礦井通風方案技術(shù)和經(jīng)濟比較1）技術(shù)比較由于該礦為高瓦斯及突出礦井，自燃發(fā)火嚴重，通過初步的技術(shù)比較，方案二和方案三比方案一和方案四有更明顯的優(yōu)勢。2）經(jīng)濟比較方案二和方案三兩通風方案的經(jīng)濟主要從巷道開拓工程量、費用及巷道維護費用、通風設施購置費用和通風電費等方面考慮。巷道開拓及維護費用只比較兩個方案中不同（或多出）巷道，相同巷道不再作經(jīng)濟比較，經(jīng)濟比較見表2.2至2.5。（1）進行工程掘進費用比較中央分列式，回風大巷工程量：3080m，回風井工程量：305m；兩翼對角式，回風井工程量：3052=610m，回風大巷工程量：0m。表2.2 井巷掘進費用方案項目中央分列式兩翼對角式工程項目工程量（m）單價（元/m）費用（萬元）工程量(m)單價（元/m）費用（萬元）回風大巷308040001232040000回風井3051000030561010000610合計1535萬元610萬元（2）井巷維護費用表2.3 井巷維護費用比較項目方案中央分列式兩翼對角式工程項目工程量（m）單價（元/m）費用（萬元）工程量（m）單價（元/m）費用（萬元）回風大巷30809027.720900回風井3051203.666101207.32合計31.38萬元7.32萬元（3）通風設備購置費用礦井主通風、配套電機設備購置費按100萬元計算，主要通風機房必須安裝兩套主要通風機機配套電機，一套工作，一套備用，則共需要設備費用1002=200萬元。風機房、風硐、擴散器、防爆門、反風設施等通風設施的土建費按50萬元計算，則建一風機房需要250萬元。兩方案的經(jīng)濟比較見表2.4。表2.4 通風設備購置費用方案項目中央分列式兩翼對角式通風設備費250萬元2502=500萬元（4）通風總費用比較通風總費用見表2.5。表2.5 通風總費用比較方案項目中央分列式（萬元）兩翼對角式（萬元）井巷掘進費1535610井巷維護費31.387.32通風設備費250500總費用1816.381117.32由于本礦井設計為90萬t的大型礦井，同時為高瓦斯突出礦井，對通風量要求較高，方案二和方案三進行粗略的經(jīng)濟比較，方案二需要掘進回風大巷，同時礦井走向達到7.2Km，走向太長，掘進費用太多，綜上可知，方案三投資少，因此本礦井通風方式為兩翼對角式通風方式。2.4通風機的工作方法礦井通風機的工作方法有抽出式、壓入式和壓抽混合式三種，其適用條件和優(yōu)缺點見表2.6。表2.6 通風方式的分類通風方式使用條件及優(yōu)缺點抽出式優(yōu)點：井下風流處于負壓狀態(tài)，當主要通風機因故停止運轉(zhuǎn)時，井下的風流壓力提高可能使采空區(qū)沼氣涌出量減少，比較安全；漏風量少，通風管理較簡單；與壓入式相比，不存在過渡到下水平時期通風系統(tǒng)和風量變化的困難。缺點：當?shù)孛嬗行「G塌陷區(qū)和采區(qū)溝通時，抽出式會使小窯存積的有害氣體抽到井下使礦井有效風量減少。壓入式低瓦斯礦的第一水平，礦井地面地形復雜、高差起伏，無法在高山上設置扇風機?？偦仫L巷無法連通或維護苦難時期的條件下優(yōu)缺點：（1）壓入式的優(yōu)缺點與抽出式相反，能用一部分回風把小窯塌陷區(qū)的有害氣體壓入到地面；（2）進風線路漏風大，管理苦難；（3）風阻大，風量調(diào)節(jié)困難；（4）由第一水平的壓入式過渡到深部水平的抽出式有一定的困難；（5）通風機使井下風流處于負壓狀態(tài)，當通風機停止運轉(zhuǎn)時，風流壓力降低，有可能使采空區(qū)瓦斯涌出量增加?，F(xiàn)將兩種工作方法的優(yōu)缺點對比如下：（1）抽出式主要通風機使井下風流處于負壓狀態(tài)，當一旦主要通風機因故停止運轉(zhuǎn)時，井下風流的壓力提高，有可能使采空區(qū)瓦斯涌出量減少，比較安全。（2）壓入式主要通風機使井下風流處于正壓狀態(tài)，當主要通風機停止運轉(zhuǎn)時，風流壓力降低，有可能使采空區(qū)瓦斯涌出量增加，比較危險。（3）采用壓入式通風時，須在礦井總進風路線上設置若干構(gòu)筑物，使通風管理工作比較困難，漏風較大。（4）在地面小窯塌陷區(qū)分布較廣，并和采區(qū)相溝通的條件，用抽出式通風，會把小窯積存的有害氣體抽到井下，同時使通過主要通風機的一部分風流短路，總進風量和工作面有效風量都會減少。用壓入式通風，則能用一部分回風風流把小窯塌陷區(qū)的有害氣體帶到地面。（5）如果能夠嚴防總進風路線上的漏風，則壓入式主要通風機的規(guī)格尺寸和通風機電力費用都較抽出式為小。（6）在由壓入式通風過渡到深水平抽出式通風時，有一定困難，過渡時期是新舊水平同時產(chǎn)生，路線較長，有時還必須額外增掘一些井巷工程，使過渡期限拉得過長。用抽出式通風，就沒有這些缺點。正因為抽出式有著獨自的優(yōu)點，井下風流處于負壓裝填，當主要通風機因故停止運轉(zhuǎn)時，井下的風流壓力提高可能使采空區(qū)沼氣涌出量減少，比較安全；漏風量少，通風管理較簡單；與壓入式相比，不存在過渡時到下水平時期通風系統(tǒng)和風量變化困難。本礦井地質(zhì)構(gòu)造較簡單，為高瓦斯突出礦井，自燃發(fā)火危險性較大，走向較長，開采面積較大，因此選用抽出式通風方式。3采區(qū)通風采區(qū)通風系統(tǒng)是礦井通風系統(tǒng)的主要組成單元，也是采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，它包括采區(qū)進、回風和工作面進、回風巷道的布置方式，采區(qū)通風路線的鏈接形式，以及采區(qū)通風設備和通風構(gòu)筑物的設置等基本內(nèi)容。它主要取決于采區(qū)巷道布置和采煤方法，同時要滿足全礦井通風的特殊要求。采區(qū)通風系統(tǒng)的合理與否不僅影響采區(qū)內(nèi)的風量分配，發(fā)生事故時的風流控制，生產(chǎn)的順利完成，而且影響到全礦井的通風質(zhì)量和安全狀況。在通風系統(tǒng)中要能保證采區(qū)風流的穩(wěn)定性，盡量避免角聯(lián)風路，盡量減少采區(qū)漏風量，新鮮風流在風路上被加熱和污染的程度小，回采工作面和掘進工作面都應該獨立通風，采區(qū)布置獨立的回風道，實行分區(qū)通風，采區(qū)通風系統(tǒng)既要保證質(zhì)量，安全可靠，又要經(jīng)濟合理。3.1采區(qū)上山通風系統(tǒng)采用軌道上山進風，新鮮風流不受煤炭釋放的瓦斯、煤塵污染及放熱影響，但輸送機設備處于回風流中，軌道上山的上部和中部甩車場都要安裝風門，風門數(shù)目較多。采用運輸上山進風，由于風流方向與運煤方向相反，容易引起煤塵飛揚，煤炭在運輸過程中釋放的瓦斯，可使進風流的煤塵和瓦斯?jié)舛仍龃?，影響工作面的安全衛(wèi)生條件；輸送機設備所散發(fā)的熱量，使進風流溫度升高。此外，需在軌道上山的下部車場內(nèi)安設風門，運輸?shù)V車來往頻繁，需要加強管理，防止風流短路。本礦井的相對瓦斯涌出量為12.7m3/t，屬于高瓦斯突出礦井，結(jié)合礦井的實際條件，確定在有一個采區(qū)布置三條上山，一條是運輸上山，一條是軌道上山，一條是回風上山。采用軌道上山進風，回風上山回風的通風方式，運輸上山僅進少量新風，供行人和維修使用。這樣布置的優(yōu)點是使運輸上山的風速較小，不致激起煤塵，也使軌道上山風速不致太大。車輛通過方便，上山絞車房便于得到新鮮風流，進風流污染少，工作面環(huán)境好。3.2回采工作面通風方式1）回采工作面通風系統(tǒng)工作面通風方式的選擇與回風的順序、通風能力和巷道布置有關(guān)。目前工作面通風系統(tǒng)形式主要有“U”、“Y”、“W”、“Z”形，各通風系統(tǒng)示意圖優(yōu)缺點和適用條件（由于工作面為后退式開采，故各種通風形式只有考慮后退式），如下見表3.1。表3.1 回風工作面主要通風系統(tǒng)比較通風系統(tǒng)示意圖優(yōu)缺點及適用條件U型在區(qū)內(nèi)后退式回采方式中，這種通風方式具有風流系統(tǒng)簡單、漏風小等優(yōu)點，但風流線路長，變化大。工作面上偶角易積聚瓦斯，工作面進風巷一次掘進，維護量大。這種通風方式，如果瓦斯不太大，工作面通風能滿足要求，即可采用。Y型當采煤工作面產(chǎn)量大和瓦斯涌出量大時，采用這種方式可以稀釋回風流中的瓦斯，對于綜采工作面，上下平巷均進新鮮風流有利于上下平巷安裝機電設備，可以防止工作面上偶角瓦斯積聚及保證足夠的風量。這種通風方式使用于瓦斯涌出量大的工作面，但需要邊界準備專用回風上山，增加了巷道掘進、維護費用。Z型回風巷為沿空巷，可以提高煤炭回采率；巷道采準工作量?。徊蓞^(qū)內(nèi)進風總長度基本不變，有利于穩(wěn)定風阻；無上偶角瓦斯積聚問題，但是回風巷常出現(xiàn)沼氣超限的情況；同時也需要在邊界準備專用回風上山，增加了行道的維護和掘進費用。W型當采用對拉式工作面時，可以采用上下平巷同時進風和中間巷道回風的方式。采用此種方式有利于滿足上下工作面同采，實現(xiàn)集中生產(chǎn)的需要。這種通風方式的主要特點是不用設置第二條風道；若上下端平巷進風，在該巷只撤、安裝維護采煤設備等又良好的環(huán)境，同時，易于稀釋工作面瓦斯，使上偶角瓦斯不易于積聚，排放炮煙、煤塵速度快。2）回采工作面上下行通風回采工作面上行通風和下行通風的比較見下表3.2，由于3-1號煤層傾角為8，根據(jù)該礦的實際情況，確定回采工作面為上行通風。3）通風構(gòu)筑物因為生產(chǎn)的需要，井下巷道是縱橫交錯彼此貫通。為了使井下各用風地點得到所需要的風量，保證風流按預定的通風路線，就必須在某些通風巷道的交叉口附近巷道設置通風設施，如風橋、擋風墻、風門等，以控制風流，為了防止這些設施漏風或風流短路，要求對通風設施進行正確的設計，合理的選擇形式及位置，保證通風設施的可靠性。（1）風橋在進風與回風流平面交叉的巷道處，必須設置風橋，風橋使兩支相叉的風流隔開，使之構(gòu)成立體交叉風路的通風設施。（2）擋風墻在需要截斷風流和不通行的巷道內(nèi)可以設置擋風墻，按其服務年限長短分為永久性和暫時性。（3）風門風門是建筑在人員和礦車需要通過的巷道，而又不允許風流通過的巷道，按其規(guī)定要建兩座風門，其間距要大于運輸車輛的長度，以便一座風門啟動時，另一座風門能夠關(guān)閉，不至于形成風流短路。分為普通風門和自動啟動風門兩種。（4）調(diào)節(jié)風窗調(diào)節(jié)風窗用以增加巷道的局部阻力，以調(diào)節(jié)用風地點的風量，本設計主要通風機采用抽出式工作方法，調(diào)節(jié)風窗全部設在回風道中。（5）測風站用以測量全礦井總進風量和總回風量以及各水平采掘區(qū)和回采工作面的進風量。測風站的位置一般在比較規(guī)整的巷道內(nèi)。表3.2 回采工作面上、下行通風適用條件及優(yōu)缺點通風系統(tǒng)示意圖適用條件及優(yōu)缺點上行通風適用條件：在煤層傾角大于12度的回采工作面，應采用上下通風。優(yōu)點：瓦斯自然流動方向和風流方向一致，有利于較快地降低工作面瓦斯?jié)舛?。工作面平巷中的運輸設備處于新鮮風流中，安全性好。缺點：風流方向與運煤方向相反，引起煤塵飛揚，增加了回采工作面的進風流中煤塵濃度；同時，煤炭在運輸中放出的瓦斯又隨風流帶到回采工作面，增加了工作面的瓦斯?jié)舛?。運輸設備運轉(zhuǎn)時多產(chǎn)生的熱量隨風流散發(fā)到回采工作面，使工作面氣溫升高。下行通風適用條件：在沒有煤（巖）與沼氣（二氧化碳）突出危險的、傾角小于12度的煤層中，可考慮采用下行通風。優(yōu)點：工作面下行通風，除了可以降低瓦斯?jié)舛群凸ぷ髅鏈囟韧?，不易出現(xiàn)瓦斯分層流動和瓦斯積聚，還可以減少煤塵含量，降低水砂充填工作面的空氣溫度，有利于提高工作面的產(chǎn)量。缺點：采用下行風時，運輸設備處于回風巷中，安全性較差，下行風發(fā)生瓦斯爆炸的可能性要比上行風可能性大。4掘進通風掘進巷道時，為了稀釋和排除自煤巖體內(nèi)涌出量的有害氣體，爆破產(chǎn)生的炮煙和礦塵，保持掘進頭的良好氣候條件，必須對掘進頭進行獨立通風，即向掘進面進入新鮮風流，排出含有煙塵的污濁空氣。本設計采區(qū)達產(chǎn)時，配備兩個煤巷掘進頭。4.1掘進方法的確定本設計掘進頭的供風既利用局部通風機，也利用礦井的總風壓，此處只對局部通風機通風方法做具體分析。4.2掘進工作面通風方式礦井新建、擴建或生產(chǎn)時，都要掘進巷道，在掘進工程中，為了稀釋和排出自煤（巖）體涌出量的有害氣體、爆破產(chǎn)生的炮煙和礦塵，以及創(chuàng)造良好的氣候條件，必須對獨頭掘進工作面進行通風。掘進通風總的可以分為總風壓通風法和局部動力通風法。出于掘進面通風必須做到風質(zhì)好，風量穩(wěn)定等多方面的考慮。本設計決定采用局部動力通風，采用局部通風機進行掘進的通風。局部通風機通風是礦井廣泛采用的掘進通風方法，局部通風機通風是由局部通風機和風筒組成一體進行通風，按其工作方式分為：壓入式通風，抽出式通風和混合式通風。1）壓入式通風局部通風機和啟動裝置安裝在離掘巷道口10m外的進風側(cè)，局部通風機把新鮮風流經(jīng)風筒壓送到掘進工作面，污風沿巷道排出。具體布置示意圖如圖4.1。圖4.1 壓入式通風2）抽出式通風這種通風方式是把局部通風機安裝在離巷道口10m以外的回風側(cè)。新鮮風流沿巷道流入，污風通過鐵風筒由局部通風機排出，抽出式通風見圖4.2。圖4.2 抽出式通風3）混合式通風混合式通風的布置如圖4.3所示，其中壓入式風筒出風口與工作面的距離仍應小于有效射程長度，抽出式風筒吸收風口與工作面的距離和壓入式局部通風機所在位置有關(guān)。壓入式局部通風機可隨工作面的推進及時向前移動，與工作面距離保持在40-50米左右。抽出式風筒吸風口應超前壓入式局部通風機10米以上，同時其風筒吸風口距工作面的距離還應大于炮煙拋擲長度，一般為30米左右，混合式通風機見圖4.3。圖4.3 混合式通風由于混合式通風適用于大斷面長距離的巖巷掘進通風的較好方式，由于采煤工作面屬于普通斷面，短距離巖巷掘進，因此本次設計只考慮壓入式和抽出式兩種方式。壓入式通風與抽出式通風優(yōu)缺點比較：（1）抽出式通風時，污濁風流必須通過局部通風機，極不安全。而壓入式通風時，局部通風機安設在新鮮風流中，通過局部通風機的為新鮮風流，故安全性高。（2）抽出式通風有效吸程小，排出工作面炮煙的能力較差；壓入式通風風筒出口射流的有效射程達，排出工作面炮煙和瓦斯的能力強。（3）抽出式通風由于炮煙從風筒中排出，不污染巷道中的空氣，故勞動衛(wèi)生條件好。壓入式通風時炮煙沿巷道流動，勞動衛(wèi)生條件較差，而且排出炮煙的時間長。（4）抽出式通風只能使用剛性風筒或帶剛性圈的柔性風筒，壓入式通風可以使用柔性風筒。從以上比較可以看出，兩種通風方式各有利弊，但壓入式通風安全可靠性較好，故在煤礦中得到廣泛應用。綜合本井田的瓦斯?jié)舛?、掘進條件、粉塵濃度等因素，本次設計采用壓入式掘進通風。4.3煤巷掘進工作面需風量各掘進工作面所需風量計算如下：1）按壓入式通風方式通風時 （4.1）式中：Qy采用壓入式通風時，稀釋、排除掘進巷道炮煙所需風量，m3/min；A為同時爆破的炸藥量，Kg，最大為6.5Kg；S掘進巷道的凈斷面積，m3,16；L從工作面至炮煙濃度稀釋至安全濃度的距離，可用下式計算：L=400A/S，則L=4006.5/16=162.5t掘進巷道的通風時間，一般取20-30min,取20min。2）按瓦斯涌出量計算根據(jù)礦井安全規(guī)程規(guī)定，按工作面回風風流中沼氣的濃度不得超過1%的要求計算，即： （4.2）式中：Qb掘進工作面實際需風量，m3/min；qb該掘進工作面瓦斯的平均絕對涌出量，5.5 m3/min；Kb該掘進工作面的瓦斯涌出量不均衡的風量系數(shù)，根據(jù)實際觀測為1.5；Kg礦井瓦斯抽放率，為80%。工作面需風量：3)按人數(shù)計算按每人每分鐘所需風量和掘進工作面的最多人數(shù)計算工作面所需風量。 （4.3）式中：4每人每分鐘供給4 m3的規(guī)定風量，m3/min；N該掘進工作面同時工作的最多人數(shù)，取30人。故連采機掘進工作面風量：4）炸藥量計算巖石大巷的掘進一般采用炮掘，所以風量計算要按照炸藥量計算。 （4.4）式中：25使用一克炸藥的供風量，m3/min；A該掘進工作面一次爆破所使用的最大炸藥量，取6.5。由以上四中方法計算的掘進巷道所需風量最大值為：5）按風速進行驗算（1）按煤礦安全規(guī)程規(guī)定煤巷掘進工作面的風量滿足：式中S為煤巷掘進巷道斷面積，16m2；由風速驗算可知，Q=165 m3/min不符合風速要求。根據(jù)配風經(jīng)驗取250 m3/min，經(jīng)風速驗算符合要求。（2）按照煤礦安全規(guī)程規(guī)定巖巷掘進工作面的風量滿足：式中S為巖巷掘進巷道斷面積，18 m2；按照以上方法1、2、3、4（式中S取代為18m2）可以計算出巖巷掘進最大需風量為162.5 m3/min，剛剛滿足要求。對于巖巷掘進根據(jù)配風經(jīng)驗取200 m3/min，經(jīng)風速驗算符合要求。4.4掘進通風設備選型1）風筒的選擇掘進通風使用的風筒有金屬風筒和帆布、膠布、人造革等柔性風筒，柔性風筒重量輕，易于存儲和搬運，連接和懸吊也較為方便，膠布和人造革風筒防水性能好，且適合于壓入式通風?？紤]到本設計掘進頭距離較長，為經(jīng)濟起見，決定使用膠片風筒，其具體參數(shù)見表4.1。表4.1 風筒規(guī)格及接頭形式風筒類型風筒直徑（mm）接頭方法百米風阻（NS2/m8）節(jié)長（m）壁厚（mm）風筒質(zhì)量（kg/m）膠片風筒1000雙反邊13.88301.24.0（1）風筒風阻風筒的風阻包括摩擦風阻和局部風阻，風筒長度為1500m，由于聯(lián)絡巷間距為200m，由其百米風阻值得風筒總風阻為：（2）風筒的漏風率柔性風筒的漏風率風風量備用系數(shù)值可用下式計算： （4.5）式中：柔性風筒的漏風風量備用系數(shù)；Qf局部通風機的供風量，m3/min；Q0風筒末端的風量，m3/min；P風筒100m長度的漏風率，%,百米漏風率可從表4.2中查??；L風筒總長度，m。表4.2 柔性風筒百米漏風率p風筒接頭類型風筒100m漏風率p/%膠接0.1-0.4多反邊0.4-0.6多層反邊3.05插接12.8帶入數(shù)據(jù)，則柔性風筒的漏風風量備用系數(shù)為：2）局部通風機選型（1）局部通風機工作風量Qa： （4.6）式中：風筒的漏風風量備用系數(shù)，根據(jù)上面的計算取1.1；Qk掘進工作面所需風量，m3/min。則局部通風機工作風量Qa=1.09250=272.5 m3/min。（2）局部通風機工作風壓壓入式局部通風機工作全風壓Ht（Pa）為 （4.7）式中：Ht局部通風機工作全風壓，Pa；R風筒總風阻，NS2/m8；Qa局部通風機工作風量，m3/s；Qk掘進工作面所需風量，m3/s；空氣密度，kg/m3；帶入已知數(shù)據(jù)得：（3）局部通風機的選擇礦用局部通風機分為軸流式和離心式兩種，軸流式局部通風機具有體積小，便于安裝和串聯(lián)運轉(zhuǎn)，效率等優(yōu)點。本設計根據(jù)局部通風機工作風量Qa和工作全風壓Ht選取FD-No5/15型軸流式風機，其工作參數(shù)見表4.3。表4.3 局部通風機參數(shù)風機類型功率（KW）電壓（V）轉(zhuǎn)速（r/min）級數(shù)風量（m3/min）風壓（Pa）FD-No5/1527.5380/66029002190-250200-32004.5掘進通風機技術(shù)管理和安全措施1）保證工作面有足夠的新鮮風流（1）局部通風機通風時，無論是工作和交接班都不準停風或減少風量。（2）提高有效風量。應減少導風設施的漏風，減低導風設施的風阻，要采用接頭嚴密漏風小的反邊接頭法，及時修補風筒和堵補風筒針眼，選用大直徑風筒，提高通風設備的安裝質(zhì)量。2）保證局部通風機的安全運轉(zhuǎn)（1）局部通風機必須有專人負責管理，局部通風機和啟動裝置必須裝在進風道中，距回風口不小于10m，局部通風機吸收風量必須小于全風壓供給該處的風量，以免發(fā)生循環(huán)風。（2）防止局部通風機電動機燒壞，采用QC83-80型磁力啟動器。（3）局部通風機和機電設備必須配有延時風電閉鎖裝置。（4）安設瓦斯自動檢測報警斷電裝置，局部通風機應采用雙回路供電，以保證局部通風機連續(xù)運轉(zhuǎn)。3）局部通風機的管理工作主要是保證局部通風機安全正常運轉(zhuǎn)，減少漏風，降低風筒阻力，提高工作面的有效風量，加強局部通風機管理及檢查。5礦井風量計算與分配5.1礦井總風量的計算礦井總風量是井下各個工作地點有效風量和各條風路上的漏風的總和。本設計采用按實際需要由里往外細致配風的計算方法。生產(chǎn)礦井總風量按以下要求風別計算，并取其中的最大值。1）按井下同時工作的最多人數(shù)計算 （5.1）式中：N井下同時工作的最多人數(shù)，700人；Kt礦井通風系數(shù)，一般可取1.2-1.25，本設計取1.25。本礦井下同時作業(yè)的最多人數(shù)為700人，則2）按采煤、掘進、硐室及其他地點實際需風量的總和計算 （5.2）式中：采煤工作面和備用工作面實際需要風量的總和，；掘進工作面實際需要風量的總和，；硐室實際需要風量的總和，；除了采煤、掘進和硐室地點外其他需要通風地點風量總和，。Kt采區(qū)風量備用系數(shù)，包括礦井內(nèi)部漏風和配風不均勻等因素一般可取Kt=1.21.25，取Kt =1.20；（1）綜采工作面實際需要風量計算每個采煤工作面實際需要風量，應按瓦斯(或二氧化碳）涌出量、工作面氣溫、風速和人數(shù)等規(guī)定分別計算，然后取其中最大值。按瓦斯涌出量計算根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，按采煤工作面回風巷風流中瓦斯的濃度不得超過1%的要求計算。即： （5.3）式中：第個采煤工作面的瓦斯絕對涌出量，m3/min，3101工作面= 10.65 m3/min；第個采煤工作面瓦斯涌出不均勻的備用風量系數(shù)，它是各個采煤工作面瓦斯絕對涌出量的最大值與其平均值之比，須在各個工作面正常生產(chǎn)條件下，至少進行5晝夜的觀測，測出5個比值，取其最大值。通常機采工作面可取Kai=1.21.6；炮采工作面可取Kai=1.412。3101工作面其按照瓦斯?jié)舛扔砍隽坑嬎悖喊垂ぷ髅鏆鉁嘏c風速的關(guān)系計算：采煤工作面應有良好的勞動氣候條件，溫度和風速應符合下列要求，見表5.1。表5.1 采煤工作面空氣溫度與風速對應表工作面溫度/<1515181820202323262628工作面風速/ms-10.30.50.50.80.81.01.01.51.52.02.02.5按下式計算： （5.4）式中：Vai第i個工作面風速，m/s；Sai第i個采煤工作面的平均斷面積，m2。對于綜采一次采全高工作面，取溫度為25，則風速為1.7m/s，采煤工作面面積為S=17.21m2，代入上式可得：按人數(shù)計算：按每人每分鐘所需風量和工作面的最多人數(shù)計算工作面所需風量。 （5.5）式中：4每人每分鐘供給4m3的規(guī)定風量，m3/minNi第i個采煤工作面同時工作的最多人數(shù)，人已知Ni=40，可得：按照以上三種計算風量的方法，選擇計算的最大風量，所以綜采一次采全高工作面的風量為1755.42 m3/min。按風速進行驗算： （5.6）式中：Sai第i個采煤工作面的平均斷面積，m2綜采一次采全高工作面的面積為17.21m2，代入上式所以綜采工作面的風量為1755.42 m3/min，滿足風速要求。（2）備用工作面需要風量計算根據(jù)礦井資料，本礦不設備用工作面。（3）掘進工作面需風量計算每個獨立通風的掘進工作面實際需要風量，應按瓦斯或二氧化碳涌出量和人數(shù)等規(guī)定要求分別進行計算，并必須采取其中最大值。各掘進工作面所需風量計算如下：按瓦斯涌出量計算：根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，按工作面回風風流中瓦斯的濃度不得超過1的要求計算。即： （5.7）式中：qbi第i個掘進工作面的瓦斯絕對涌出量，m3/min；Kbi第i個掘進工作面瓦斯涌出不均衡的風量系數(shù)，應根據(jù)實際觀測的結(jié)果確定，一般機掘工作面取1.52，炮掘工作面取1.82.0， Kbi取2。掘進工作面日出煤量按工作面日出煤量的10%計算，所以所以掘進工作面瓦斯涌出量可以計算為：按人數(shù)計算：按每人每分鐘所需風量和工作面的最多人數(shù)計算工作面所需風量。 （5.8）式中：4每人每分鐘供給4m3的規(guī)定風量，m3/min；Ni第i個采煤工作面同時工作的最多人數(shù)，人，取40人。由以上兩種方法計算的掘進工作面所需風量最大值為：（4）硐室需風量計算井下火藥庫煤礦安全規(guī)程規(guī)定，大型爆破材料庫風量不得小于100 m3/min，中小型不得小于60m3/min，本設計中取100m3/min。絞車房井下絞車房一般單獨供風，從一些設計單位及部分生產(chǎn)礦井分配情況來統(tǒng)計，絞車房的一般供風量為6080m3/min，取80m3/min為佳。因此，本設計中取80m3/min。采區(qū)變電所按煤炭安全規(guī)程要求，一般為80m3/min。充電硐室：150m3/min檢修硐室：120m3/min其它硐室：200m3/min綜上所述，硐室總風量：（5）其他巷道所需風量計算其它巷道所需風量由下式計算： （5.9）式中：S其它巷道平均斷面面積，取S=12.8 m2；（6）Kt的確定Kt是礦井漏風系數(shù)，是反映井下通風構(gòu)筑物及通風管理水平的一個綜合性指標，礦井采用兩翼對角式通風方式，由表5.2可以查出Kt=1.15。表5.2 礦井通風系數(shù)表通風方式Kt取值中央并列式1.201.25中央分列式或混合式1.151.20對角式或分區(qū)式通風1.101.15綜上所述，按采煤、掘進、硐室及其他地點實際需要風量的總和計算得礦井所需風量總和為：根據(jù)上述方法計算取較大者，得出礦井總風量為4227.2m3/min。5.2礦井風量分配根據(jù)實際需要由里向外的原則配風，逆風將各用風地點計算值乘以1.15就是各用風地點實際風量，采煤工作面只配計算的風量，上下平巷的風量乘以1.15。順風流而下，遇到分風地點則加上其它風路的風量，一起分配給未分風前的那條風路，作為該風路的分量，直至確定進風井的風量。（1）采煤工作面，考慮到采煤工作面的采空區(qū)漏風占工作面風量的15%，工作面進風側(cè)平巷風量為：Q進=1755.421.15=2018.73 m3/min（2）掘進面：Q掘=2211.21.15=485.76 m3/min（3）火藥庫：Q火=1001.15=115m3/min（4）絞車房：Q絞車=801.15=92 m3/min（5）采區(qū)變電所：Q機電=801.15=92 m3/min（6）充電硐室：Q充電=1501.15=172.5 m3/min（7）檢修硐室：Q檢修=1201.15=138m3/min（8）其它硐室：Q檢修=2001.15=230 m3/min（9）其它巷道：Q其它1=7681.15=883.2 m3/min經(jīng)以上分配過程，礦井風量正好分配完畢，具體風量分配見表5.3，井巷風速驗算結(jié)果見表5.4。表5.3風量分配表用風地點采煤工作面平巷掘進工作面充電硐室火 藥 庫絞 車 房采區(qū)變電所檢修硐室其它硐室其它巷道合計分配風量/m3min-12018.73242.885172.51159292138230883.24955.8表5.4 井巷風速驗算表井 巷限速/ms-1有效斷面/m2風量/m3s-1實際風速/ms-1備注低高副井井筒1233.1782.62.49符合井底車場82082.64.13符合軌道運輸大巷81871.683.98符合運輸大巷石門812.8071.685.60符合軌道上山61870.143.70符合區(qū)段運輸平巷616.060.513.78符合采煤工作面0.25417.2160.513.52符合區(qū)段回風平巷616.060.513.78符合回風主石門82082.64.13符合風 井1526.4282.65.51符合6礦井通風阻力計算6.1礦井通風阻力計算原則（1）礦井通風的總阻力，不應超過2940 Pa；（2）礦井井巷的局部阻力，新建礦井（包括擴建礦井獨立通風的擴建區(qū)）宜按井巷摩擦阻力的10%計算，擴建礦井宜按井巷摩擦阻力的15%計算；（3）礦井通風網(wǎng)路中有很多的并聯(lián)系統(tǒng)，計算總阻力時，應以其中阻力最大的路線作為依據(jù)；（4）設計的礦井通風阻力不宜過高，一般不超過350 mm水柱；（5）應計算出困難時期的最大阻力和容易時期的最小阻力，使所選用的主要通風機既滿足困難時期的通風需要，又能在通風容易時工況合理。6.2礦井通風容易時期和困難時期的確定礦井通風系統(tǒng)總阻力最小時稱通風容易時期（通常在達產(chǎn)初期），即容易時期礦井最大阻力路線。本設計在初期開采第一水平3號煤層時，當平巷掘進結(jié)束工作面采煤開始時為通風最容易時期，此時通風線路較短。東一采區(qū)前期上山開采，布置綜采一次采全高首采面3101工作面；在東一采區(qū)右翼準備工作面3202；掘進頭共兩個。其通風容易時期的通風系統(tǒng)立體示意圖和網(wǎng)絡圖如圖6.1和圖6.3所示。通風系統(tǒng)總阻力最大時稱通風困難時期（通常在生產(chǎn)后期），即困難時期礦井最大阻力路線。本設計在開采3號煤層時，當東一采區(qū)快要采完時，是通風最困難的時期。此時在東一采區(qū)下山3121工作面開采，準備3222工作面。其通風困難時期的通風系統(tǒng)立體示意圖和網(wǎng)絡圖如圖6.2和圖6.4所示。礦井通風最容易和最困難時期都在主要通風機服務年限之內(nèi)。6.3礦井通風阻力計算1）通風最容易時期為了計算通風最容易時期的風壓，就首先要找到一條通風壓力最大的通風路線。通風最容易時期的通風立體圖如圖6.1所示，可以知道通風阻力最小的風流路線為：新風路線：進風井（副井）井底車場及硐室運輸大巷軌道上山區(qū)段運輸平巷采煤工作面污風路線：區(qū)段回風平巷回風上山回風石門回風井。2）通風最困難時期通風最困難時期的通風立體圖如圖6.2所示，可以知道通風阻力最大的風流路線為：新風路線：進風井（副井）井底車場及硐室運輸大巷軌道下山區(qū)段運輸平巷采煤工作面污風路線：區(qū)段回風平巷回風下山回風上山回風石門回風井。42圖6.1 通風容易時期的通風系統(tǒng)立體圖圖6.2 通風困難時期的通風系統(tǒng)立體圖圖6.3 通風容易時期的通風網(wǎng)絡圖圖6.4 通風困難時期的通風網(wǎng)絡圖3）礦井通風阻力計算礦井通風阻力包括摩擦阻力、局部阻力和自然風壓。摩擦阻力是風流與井巷周壁摩擦以及空氣分子間的擾動和摩擦而產(chǎn)生的阻力，由此阻力引起的風壓損失是摩擦阻力損失。摩擦阻力按下式計算： （6.1）式中：摩擦阻力系數(shù)，Ns2/m4；L井巷長度，m；U井巷凈斷面周長，m；Q通過井巷的風量，m3/s；S井巷凈斷面積，m2；各井巷的摩擦阻力計算結(jié)果見表6.1，表6.2。表6.1 礦井通風最容易時期井巷通風阻力計算表井巷區(qū)段序號井巷名稱支護形式LSU104Qhfmm2mNs2/m4m3/sPa1-2副井混凝51233.1720.4141082.680.097784282-3車場及硐室錨噴5002018.89082.672.1506873-4運輸大巷錨噴15401817.99071.68218.57210724-6軌道上山錨噴118018168570.14135.37389466-8區(qū)段運輸平巷錨網(wǎng)170016168060.51194.51506788-9綜采工作面支架15017.2117.933060.5163.645825659-10區(qū)段回風平巷錨網(wǎng)1700161612060.51291.772601710-11甩車道錨噴18012.8017.7921060.51117.406500911-13回風上山錨噴80181612070.1412.9570228113-14回風石門錨噴2002017.39082.626.557593314-15回風井混凝30526.4215.79082.615.94423387合計1228.993319表6.2 礦井通風最困難時期井巷通風阻力計算表井巷區(qū)段序號井巷名稱支護形式LSU104Qhfmm2mNs2/m4m3/sPa1-2副井混凝51233.1720.4141082.680.097784282-3車場及硐室錨噴5002018.89082.672.1506873-4運輸大巷錨噴33101817.99071.68469.78810064-8軌道下山錨噴105018168551.4464.790691038-9區(qū)段運輸平巷錨網(wǎng)227016168049.90666667176.68228469-10綜采工作面支架17017.2117.933049.9066666749.0671020310-11區(qū)段回風平巷